RU2857504C1

RU2857504C1 - Состав рабочей среды с комплексным пластификатором для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов

Info

Publication number: RU2857504C1
Application number: RU2025115807A
Authority: RU
Inventors: Валерий Анатольевич Левко; Ольга Владимировна Литовка; Павел Андреевич Иванов
Filing date: 2025-06-09
Publication date: 2026-03-03

Abstract

Изобретение относится к относится к машиностроению и может быть использовано для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов. Рабочая среда с комплексным пластификатором содержит каучук СКТ, абразивное зерно в виде карбида кремния и комплексный пластификатор, в качестве которого использована мазеобразная алмазная паста. Выбрано следующее соотношение компонентов, мас. %: каучук СКТ - 40; алмазная мазеобразная паста - 10; карбид кремния - 50. Обеспечивается повышение производительности обработки за счет уменьшения количества циклов обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов и увеличение срока службы рабочей среды. 1 табл., 3 пр.

Description

Заявленное техническое решение относится к машиностроению и может быть использовано для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов.

Известно, что при обработке абразивным потоком высоковязкий полимерный (силиконовый) материал, равномерно наполненный мелкодисперсными абразивными частицами, возвратно-поступательно перемещается поршнями рабочих цилиндров через обрабатываемую деталь. Этот материал (рабочая среда) под давлением становится текучей (вязкоупругой) матрицей. При течении создаётся сжимающее давление на обрабатываемую поверхность и осуществляется абразивный контакт (Обработка абразивным потоком высоковязкой рабочей среды образцов литых заготовок из аустенитно-мартенситной стали / В. А. Левко, Н. С. Теряев, О. В. Литовка, П. А. Иванов // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2023. – Т. 22, № 3. – С. 122-132. – DOI 10.18287/2541-7533-2023-22-3-122-132.). Количество совершенных возвратно-поступательных перемещений среды измеряется циклами обработки. Одни цикл обработки – это одно возвратно-поступательное перемещение поршнями рабочих цилиндров установки рабочей среды через обрабатываемую деталь. Чем меньше циклов обработки при прочих равных условиях, тем выше производительность обработки абразивным потоком.

Известен способ чистовой обработки сквозных отверстий деталей (А. с. СССР 1379063 А1), при котором осуществляют прокачивание под давлением 10,0–24,0 МПа в прямом и обратном направлениях рабочей среды, подаваемой из камеры гидроцилиндра, причем рабочая среда состоит из 1 массовой части каучука СКТ, содержащего 12% фторопласта, и 1-2 массовых частей рабочих элементов. В способе обработки деталей абразивной массой (А. С. СССР 1161359 A1) использована абразивная масса на основе каучука (с фторопластом 4-15%) с абразивом (электрокорунд №32) в весовом отношении 1:3. Введение в состав рабочей среды фторопласта вызвано необходимостью уменьшить ее адгезионные свойства.

Известно, что для обеспечения точности расхода компонентов топлива через каналы литых крыльчаток из аустенитно-мартенситной стали проведена обработка абразивным потоком в три этапа. В результате обработки величина исходной шероховатости крыльчаток уменьшилась с Ra 20 мкм до Ra 0,32…0,62 мкм (Обеспечение точности расхода компонентов топлива через каналы деталей, обработанных экструзионным хонингованием / С. К. Сысоев, А. С. Сысоев, В. А. Левко [и др.] // Технология машиностроения. – 2007. – № 6. – С. 48-52.). Основа рабочей среды – это кремнийорганический каучук с фторопластом 4, а величина абразивного зерна (карбид кремния черный) уменьшалась на каждом этапе с F70 до F120 и F180. На первых двух этапах давление было 12 МПа, на третьем – 6 МПа. Общее количество циклов обработки варьировалось от 150 до 200.

Известно (Обработка абразивным потоком высоковязкой рабочей среды образцов литых заготовок из аустенитно-мартенситной стали / В. А. Левко, Н. С. Теряев, О. В. Литовка, П. А. Иванов // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2023. – Т. 22, № 3. – С. 122-132. – DOI 10.18287/2541-7533-2023-22-3-122-132), что рабочей средой, состоящей из каучука синтетического диметилсилоксанового термостойкого СКТ - 50 %, электрокорунда белого 25А зернистостью F70 - 50 % и давлением в системе 12 МПа были обработаны криволинейные образцы из аустенитно-мартенситной стали. За 60 циклов обработки обеспечили улучшение шероховатости поверхности от Ra = 8,3…9,3 мкм (литейная корка) до Ra = 2,4…2,8 мкм, а также увеличение микротвёрдости образцов от 38,5-40,5 HRC до 43,5-45,5 HRC.

Известно, что обработка абразивным потоком средой высокой вязкости (на основе каучука СКТ) заготовок из сплавов порошкового молибдена (Левко, В. А. Контактные взаимодействия при обработке абразивным потоком средой высокой вязкости заготовок из сплавов порошкового молибдена / В. А. Левко, Д. И. Савин, О. В. Литовка // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2020. – Т. 24, № 1(150). – С. 36-51. – DOI 10.21285/1814-3520-2020-1-36-51.) обеспечила уменьшение шероховатость поверхности с Ra = 1,6...1,8 мкм до Ra = 1,2…1,3 мкм за два этапа с общим количеством циклов 75 при давлении в системе 12 МПа.

Известна масса для абразивной обработки (А. с. СССР 1673420 A1), содержащая синтетический каучук СКТ, фторопласт-4 и абразивное зерно. Для повышения производительности путем улучшения антиадгезионных свойств массы, последняя содержит дополнительно кремнийорганическую жидкость ПЭС-5 и молотую слюду СММ-125 при следующем соотношении компонентов, мас.%: синтетический каучук СКТ 22–28; фторопласт-4 2–3; кремний органическая жидкость ПЭС-5 7–10; молотая слюда СММ-125 1–3; абразивное зерно 13А100 - остальное. Использование данной массы для обработки абразивным потоком дает возможность повысить производительность обработки деталей в 1,5-1,6 раза, точность обработки, за счет облегчения процесса микрорезания абразивными зернами, так как повышаются смазывающие свойства массы, а исключение налипания обеспечивает равномерный съем по всей поверхности и позволяет исключить дополнительные операции по промывке деталей после обработки абразивным потоком. За 120 циклов возвратно-поступательного перемещения данной массы через межлопаточные каналы образцов крыльчаток из титанового сплава ВТЗ-1 при давлении масла в системе 12,5 МПа удалось снизить шероховатость обработанной поверхности с Ra 20 мкм до Ra 0,5-0,6 мкм.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является масса для абразивной обработки (А. с. СССР 1785884 A1), содержащая синтетический каучук, фторопласт, кремнийорганическую жидкость, молотую слюду и абразивный материал, в которую для расширения технологических возможностей путем обеспечения обработки нежестких деталей дополнительно введена олеиновая кислота в количестве 5-7 мас.%. Увеличение содержания олеиновой кислоты от 5 до 7% исключает деформацию лопаток при сохранении однородности массы и равномерности съема металла. Этот состав обеспечивает отсутствие деформации тонкостенных элементов деталей при обработке, наилучшую консистенцию и текучесть, отсутствие выделения пластифицирующих добавок при хороших антиадгезионных свойствах. При дальнейшем увеличении содержания олеиновой кислоты больше 7% при отсутствии деформации возникает отделение абразивных зерен от связующего (полимерной основы) и происходит неравномерный съем металла с обрабатываемой поверхности. При обработке без олеиновой кислоты при увеличении содержания кремнийорганической жидкости более 10% при отсутствии деформации также происходит отделение абразивных зерен от связующего и неравномерный съем металла. За 80 циклов возвратно-поступательного перемещения данной массы через межлопаточные каналы образцов крыльчаток из титанового сплава ВТЗ-1 при давлении масла в системе 12,5 МПа удалось обработать тонкостенные детали типа «крыльчатка» с толщиной лопатки 0,6-1 мм и углом закрутки больше 30º без деформации. Исходная шероховатость поверхности Ra = 2,5 мкм. Введение олеиновой кислоты в сочетании с кремнийорганической жидкостью в соотношении 5-7 и 7-10 мас. % соответственно обеспечивает удержание абразивных зерен в массе, снижение вязкости и повышение текучести массы, что приводит к значительному уменьшению отжимных усилий. Этот состав массы принят за прототип.

Недостатком описанного состава массы (рабочей среды) для обработки абразивным потоком является большое количество циклов обработки, что приводит к низкой производительности деталей из труднообрабатываемых материалов, а также недостаточный срок службы и стойкость к термическому старению. Кроме того, эта рабочая среда содержит элементы, которые практически не влияют на процесс обработки.

Так кристаллические частицы твердого наполнителя благодаря избыточной поверхностной энергии (1…5 Дж/м²), обусловленной ненасыщенностью валентных связей поверхностных атомов, при смешении с полимерной основой при определенных условиях вступают во взаимодействие с концевыми гидроксильными группами каучука, образуя вокруг себя сольватную оболочку и создавая в полимерной основе сетчатую структуру. Это существенно снижают ее адгезионные свойства, тем самым исключая необходимость включения в состав рабочей среды фторопласт и молотую слюду в качестве антиадгезионных добавок.

Известно, что для изготовления алмазной пасты используются порошки синтетических алмазов (АСН и АСМ). Помимо этого, одной из составляющих алмазной пасты являются поверхностно-активные вещества, а также связующие вещества: олеиновая кислота, стеарин, парафин, церезин и другие. Поверхностно-активные вещества в ходе обработки абразивным потоком выступают в качестве комплексного пластификатора, охлаждающего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества, а алмазные зерна пасты участвуют в процессе обработке совместно с абразивными зернами карбида кремния.

Техническая проблема заключается в значительном количестве циклов обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов, обусловленная тем, что рассмотренные выше составы рабочих сред не обеспечивают требуемое сочетание вязкоупругих и пластических свойств потока рабочей среды, не обладают необходимой когезионной прочностью, имеют недостаточную температурную стойкость и срок службы. Кроме того, в эти составы входят составляющие, которые практически не влияют на процесс обработки.

Задачей изобретения является разработка состава рабочей среды для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов, при которой сокращается количество циклов, обеспечивающего существенное увеличение производительности обработки и срока службы рабочей среды.

Технический результат заключается в повышении производительности за счет уменьшения циклов обработки и увеличении срока службы рабочей среды, за счет использования специального состава рабочей среды для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов.

Технический результат достигается за счёт того, что рабочая среда с комплексным пластификатором для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов, содержащая каучук СКТ, абразивное зерно и комплексный пластификатор, согласно изобретению, в качестве комплексного пластификатора использована мазеобразная алмазная паста, а в качестве абразивного зерна – карбид кремния, при следующем соотношении компонентов в составе, мас. %:

каучук СКТ - 40;

алмазная мазеобразная паста - 10;

карбид кремния - 50.

Предлагаемый состав рабочей среды с комплексным пластификатором для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов используют следующим образом.

Компоненты рабочей среды смешиваются и при их многократном возвратно-поступательном движении через специальное приспособление при определенных температурах, деформациях и напряжениях сдвига, а также последующей выдержке создается сетчатая структура потока рабочей среды с необходимой когезионной и температурной стойкостью, причем мазеобразные алмазные пасты, выступают в качестве комплексного пластификатора, охлаждающего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества, а алмазные зерна пасты участвуют в процессе обработки совместно с абразивными зернами карбида кремния, при следующем соотношении компонентов, мас.%: каучук СКТ (ГОСТ 14680-79) – 40; алмазная мазеобразная паста (ГОСТ 25593-83) – 10; карбид кремния – 50. Рабочая среда загружается в нижний рабочий цилиндр установки, после чего на него устанавливают деталь из труднообрабатываемых сплавов и поджимают верхним рабочим цилиндром. В процессе обработки абразивным потоком рабочая среда перемещается поршнями рабочих цилиндров через обрабатываемую деталь. При этом, по сравнению с аналогами, количество циклов обработки сокращается до 30 - 50.

Полученная рабочая среда для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов имеет необходимую когезионную прочность, увеличения температурной стойкости и срока службы рабочей среды, не содержит фторопласт, а вместо олеиновой кислоты и углеводородных масел (кремнийорганических жидкостей) в ее состав входит мазеобразная алмазная паста, выступающая в качестве комплексного пластификатора, охлаждающего и стабилизирующего поверхностно-активного вещества, а алмазные зерна пасты участвуют в процессе обработки совместно с абразивными зернами карбида кремния, создающие сетчатую структуру потока рабочей среды с необходимой когезионной и температурной стойкостью, повышая производительность обработки за счет уменьшения количество циклов обработки.

Пример 1. Рабочая среда для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов была применена для обработки образцов из титанового сплава ОТ4. Обработка проведена на установке УЭШ-100 при давлении в системе 12 МПа за один этап с общим количеством циклов 50. При этом исходная шероховатость поверхности Ra = 18...20 мкм была уменьшена до Ra = 0,55…0,62 мкм. Применение этого состава рабочей среды позволило повысить производительность обработки по сравнению с известными аналогами на 160…240 %.

Пример 2. Рабочая среда для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов была применена для обработки образцов из аустенитно-мартенситной стали 08Х14Н7МЛ. Обработка проведена на установке УЭШ-100 при давлении в системе 12 МПа за один этап с общим количеством циклов 30. При этом исходная шероховатость поверхности Ra = 8,3...9,1 мкм была уменьшена до Ra = 2,4…2,8 мкм. Применение этого состава рабочей среды позволило повысить производительность обработки по сравнению с известным аналогом на 100 %.

Пример 3. Рабочая среда для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов была применена для обработки внутренней поверхности образцов из сплава порошкового молибдена. Обработка проведена на установке УЭШ-100 при давлении в системе 12 МПа за один этап с общим количеством циклов 40. При этом исходная шероховатость поверхности Ra = 1,6...1,8 мкм была уменьшена до Ra = 0,9…1,0 мкм. Применение этого состава рабочей среды позволило повысить производительность обработки на 87,5%.

В таблице представлены результаты исследований обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов рабочей среды заявляемого состава в сравнении с результатами обработки имеющимися рабочими средами (абразивными массами) - аналогами.

Предлагаемое изобретение позволяет использовать рабочую среду для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов, существенно увеличивая производительность и сокращая при этом количество обработки циклов. Комплексный пластификатор, входящий в состав рабочей среды, обеспечивает стойкость к температурному нагреву, увеличивая срок службы рабочей среды.

Таблица

Результаты исследований обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов рабочей среды с комплексным пластификатором

Рабочая среда	Шероховатость Ra, мкм: исходная полученная	Количество циклов обработки
Титановые сплавы ВТЗ-1 и ОТ4
Заявляемая рабочая среда	18...20 0,55…0,62	50
Аналог А. с. СССР 1673420 A1	20 0,5…0,6	120
Титановые сплавы ВТЗ-1 и ОТ4
Заявляемая рабочая среда	18...20 0,55…0,62	50
Аналог А. с. СССР 1785884 A1	2,5 Нет данных	80
Аустенитно-мартенситная сталь 08Х14Н7МЛ
Заявляемая рабочая среда	8,3...9,1 2,4…2,8	30
Обработка абразивным потоком высоковязкой рабочей среды образцов литых заготовок из аустенитно-мартенситной стали / В. А. Левко, Н. С. Теряев, О. В. Литовка, П. А. Иванов // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2023. – Т. 22, № 3. – С. 122-132.	8,3...9,1 2,4…2,8	60
Порошковый молибденовый сплав
Заявляемая рабочая среда	1,6...1,8 0,9…1,0	40
Левко, В. А. Контактные взаимодействия при обработке абразивным потоком средой высокой вязкости заготовок из сплавов порошкового молибдена / В. А. Левко, Д. И. Савин, О. В. Литовка // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2020. – Т. 24, № 1(150). – С. 36-51.	1,6...1,8 0,9…1,0	75

Claims

Рабочая среда с комплексным пластификатором для обработки абразивным потоком деталей из труднообрабатываемых сплавов, содержащая каучук СКТ, абразивное зерно и комплексный пластификатор, отличающаяся тем, что в качестве комплексного пластификатора использована мазеобразная алмазная паста, а в качестве абразивного зерна – карбид кремния, при следующем соотношении компонентов в составе, мас. %:
каучук СКТ - 40;
алмазная мазеобразная паста - 10;
карбид кремния - 50.